傳統的晶體由極其有序、對稱排列的重複原子模式組成，這些原子不會移動。然而，最近，一組物理學家提出了一種新型晶體，它的對稱性來源於其組成部分的優雅運動，就像太空中一群衛星一樣。
在思考基於太空的引力波探測器 eLISA 時，安大略省圓周理論物理研究所的物理學家萊瑟姆·博伊爾（Latham Boyle）提出了一個關於晶體的新理論。eLISA 任務將於 2020 年代後期發射，由三顆衛星組成。一旦進入軌道，它們將能夠捕捉到比其地面等效物更難探測的波，LIGO，它於去年 9 月成功探測到引力波，並於 2016 年 2 月 11 日宣佈。如果引力波透過，衛星之間的距離會發生非常輕微的變化。
博伊爾想知道如果衛星數量發生變化會發生什麼。“eLISA 只有三顆衛星這一事實意味著它們總是位於一個平面上，”博伊爾解釋說，而不是在三維空間中延伸。這並不會妨礙 eLISA 接收引力波的能力，但意味著它需要時間來確定波的來源和詳細特徵。它可以很好地瞭解連續、持久的訊號，因為它在空間中移動並建立同一訊號的多個檢測結果，但它沒有時間對短暫的訊號做同樣的事情。夢想著一個“遙不可及的”、下一代基於太空的探測器，該探測器可以立即表徵這些快速訊號，博伊爾想知道如果探測器有四顆衛星而不是三顆衛星會發生什麼，以及最穩定的四物體軌道會是什麼。“最初我們考慮的是這個引力波問題，但這導致了關於什麼是對稱性最高的四衛星物體的問題，”博伊爾解釋說。一旦他們發現了動態軌道，他們又開始尋找方法來推廣他們有趣的軌道。“我們首先嚐試尋找更一般的衛星軌道，但隨後我們很快開始認為這個想法似乎比僅僅關於衛星更普遍。為什麼晶體中的原子或電子不能進行類似的舞蹈呢？”
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在靜態排列中，四個物體最有序的排列是三角錐體。博伊爾團隊最終發現的衛星的動態對稱順序也使用了這種四面體形狀，但在時間和運動中增加：每個物體都圍繞中心點旋轉，就像衛星圍繞太陽旋轉一樣，軌道平行於正四面體的一個面。這四顆衛星看起來在每個軌道中形成六次正方形。在這樣的系統中，如果觀察者可以站在每個軌道元件上，他們都會有相同的視野。“人們用舞蹈晶體所做的事情是考慮晶格中的元件具有某種動態行為，”加利福尼亞大學戴維斯分校複雜性科學中心主任吉姆·克拉奇菲爾德（Jim Crutchfield）說。“他們正在考慮完全週期性的行為。你得到的是這種非常美麗的互動。”
克拉奇菲爾德是挑戰晶體現狀的愛好者，而晶體的對稱性並非來自其結構而是來自其運動的概念，這與他研究的更廣泛的非常規晶體領域相符。這個不斷增長的晶體群體的其他關鍵成員包括準晶體，它由諾貝爾化學獎得主丹·謝赫特曼（Dan Shechtman）於 1982 年正式發現，它表現出禁忌的對稱性，並且缺乏在普通晶體中發現的重複均勻模式，以及時空晶體，其粒子週期性移動並返回到其初始狀態。
與博伊爾的舞蹈晶體類似，時空晶體包括時間和運動方面。這種相似性可能表明兩種型別的晶體之間存在聯絡。“如果這些[舞蹈晶體]存在——這是一個很大的假設——它將描述的不是規則晶體的基態對稱性，而是這些時間晶體的基態對稱性，”博伊爾懷疑道。
麻省理工學院的物理學教授弗蘭克·維爾切克（Frank Wilczek）於 2012 年首次提出時空晶體，他認為博伊爾提出的外來晶體型別之間的假設聯絡很強。他希望看到更多關於這些舞蹈晶體如何出現的的研究，特別是關於它們最初是如何運動的。“[作者們]正在對可能出現的數學上一致的有趣模式進行分類，而沒有具體說明可能的物理實現是什麼，以及是否需要驅動輸入，”維爾切克說。“發現模式和對可能性進行分類的總體問題真的很有趣，而確切地需要什麼才能使這樣的系統成為可能的問題也令人興奮。”
有理論化的材料在實驗室中實現或在自然界中被發現的先例，因此檢測或發明舞蹈晶體並非不可能。儘管這些奇怪的晶體的應用尚不清楚，但它們的潛力卻在研究人員的腦海中。“我們這些在這個新晶體領域玩耍的人，都在尋找物理影響，即材料屬性，”克拉奇菲爾德說。
維爾切克採取了更理論的方法。“從長遠來看，可能存在實際好處，但可以肯定的是，它很有趣並且具有很好的數學，”他說。這些實際應用是什麼尚不清楚，但其潛力令人興奮。對這些晶體進行分類對於探索它們的潛力、尋找自然界中出現的例子或嘗試開發實驗室製造的例子是必要的。從那裡，可以確定動態運動的引入如何改變熱特性或電子如何在材料中移動等。
在克拉奇菲爾德看來，就目前而言，它們的應用不如首先研究外來晶體這一事實重要。“大自然正試圖與我們對話，我們只是沒有在聽，”他說。“他們在舞蹈晶體中所擁有的，是打破這種理想化晶體結構的動態版本。”